[发明专利]一种模拟超快冷试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种模拟超快冷试验装置，其特征在于，它由真空罐、U形槽、夹头、卡具、喷嘴及其支架、储气罐、冷水箱、水泵组成，U形槽置于真空罐内，所述的夹头由两部分组成：楔形块和与之相配套的砧头，楔形块夹紧砧头位于U形槽内，并由卡具顶紧，所述的楔形块开有3个相通的孔，其一安装有电磁阀，其余两孔外连接软管，软管的另一端通向真空罐的外部，分别与冷水箱的出水口与回水口相连，形成闭合回路，该闭合回路中的水的循环由水泵提供动力。

2.根据权利要求1所述一种模拟超快冷试验装置，其特征在于，所述的U形槽上安装支架用于固定喷嘴，喷嘴连有软管，软管的另一端通向真空罐的外部，与冷水箱相接。

3.根据权利要求1所述一种模拟超快冷试验装置，其特征在于，冷却喷嘴上下呈30~45度角分布，喷嘴为带针孔的针状。

4.根据权利要求1所述一种模拟超快冷试验装置，其特征在于，储气罐经软管与电磁阀连接。

5.一种采用如权利要求1至4任意一项所述的一种模拟超快冷试验装置的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）将安装于楔形块上的电磁阀置于开启状态，进行抽真空操作，使楔形块内孔与真空罐具有相同的真空度，此时楔形块内的真空状态可降低导热能力，当真空度达到预期值时，关闭该电磁阀，使管路不会因为通水而发生泄漏；

2）编制及运行试验程序，把试样当做电阻通电加热，由于楔形块导热能力较差，使试样在轴向上的温度差减小，试样加热保温时温度分布均匀；

3）热变形结束后，快速将试样冷却到目标温度前的一段时间，分别开启水泵和控制储气罐气体流动的气体阀，使冷却水在管路中运行以及冷却气体由储气罐流出，提前的具体时间和水泵、气体阀开启的先后顺序，由连接的软管的长短，水压和气压决定；

4）关闭水泵和控制储气罐气体流动的气体阀。

6.根据权利要求5所述的一种模拟超快冷试验装置试验方法，其特征在于，提前开启水泵、气体阀两个时间段具体计算过程分别如下：

1）冷却循环水管路水平部分和竖直长度分别为h，H，则根据伯努利原理，凡处于同一流线上的实际流体运动质点，其所具有的函数值都是相同的，则有

P+12ρv2+ρgH=C1---(1)]]>

其中，P为水的压强，ρ为水的密度，v为水的流速， C₁为常数，C₁根据流体运动的伯努利方程确定；

水在管路竖直部分和水平部分流动时间t₁和t₂分别由下式计算：

t₁=H/v                           （2）

t₂=h/v                            （3）

将公式（1）代入公式（2）、（3），可以得到冷却循环水到达楔形块的时间：

t=t1+t2=(H+2h)×ρ2(C1?P?ρgH)---(4)]]>

设水泵的启动时间为t_b，则提前开启水泵时间为：

ts1=t1+t2+tb=(H+2h)×ρ2(C1?P?ρgH)+tb---(5)]]>

2）由于压缩空气质量较小，设其流动管路的长度为l, 则有

P+12ρ0v02+ρ0gl=C0---(6)]]>

其中，P为空气的压强，ρ₀为压缩空气的密度，v₀为空气的流速， C₀为常数

压缩空气在管路流动时间t₀由下式计算：

t₀=l/v₀                            （7）

（6）、（7）式联立得：

t0=l/2×(C0?P?ρ0gl)ρ0---(8)]]>

设气体阀的响应时间为t_d，则提前开启气体阀时间为：

ts2=l/2×(C0?P?ρ0gl)ρ0+td---(9)]]>

7.根据权利要求5所述的一种模拟超快冷试验装置试验方法，其特征在于，

提前关闭水泵、气体阀的时间具体计算过程分别如下：

设定水泵提前关闭时间为水泵启动时间，即t_f1=t_b。

气体阀提前关闭时间，按照如下公式计算：

tf2=l/2×2×(C0?P?ρ0gl)ρ0+td---(10)]]>